LDPC碼比特交織編碼調制系統(tǒng)優(yōu)化及算法研究.pdf

1、基于低密度校驗碼(Low-Density Parity-Check， LDPC)的比特交織編碼調制(Bit-Interleaved Coded-Modulation， BICM)系統(tǒng)因為其結構靈活、譯碼性能優(yōu)異、頻譜利用率高以及實現(xiàn)復雜度低等特點，作為目前以及下一代無線通信鏈路中的一種關鍵技術而受到廣泛關注。目前，對LDPC編碼BICM系統(tǒng)的研究主要集中在糾錯碼、映射標識、交織器以及迭代譯碼算法的設計和改進上?；谶@些方面的研究雖然已獲

2、得頗豐的成果，但仍存在著諸多問題需要深入解決，尤其是針對高階調制BICM系統(tǒng)的研究。例如高階調制系統(tǒng)里高效低復雜度的譯碼算法改進，最優(yōu)映射標識的選取和設計，迭代譯碼系統(tǒng)收斂性能的準確評估，以及提高譯碼性能的交織算法設計等?；谏鲜鰡栴}，本文針對高階調制的LDPC編碼BICM系統(tǒng)進行系統(tǒng)優(yōu)化和算法改進的研究，主要工作如下：
　　 1、論文首先研究高階調制BICM系統(tǒng)中，高效低復雜度的譯碼算法改進。針對目前廣泛使用的BICM次優(yōu)并行

3、等效模型，分析了基于該等效模型所推導的譯碼算法信息處理過程中的缺陷，提出了一種聯(lián)合解調的改進型譯碼算法。證明了所提出的聯(lián)合解調譯碼算法是BICM系統(tǒng)中的近最優(yōu)譯碼算法，在合理假設條件能夠滿足的情況下，該算法是高階編碼調制系統(tǒng)的最大后驗概率（Maximum A Posteriori Probability, MAP）譯碼算法的等價。同時，仿真結果表明，采用聯(lián)合解調譯碼改進算法能獲得比傳統(tǒng)譯碼算法更接近香農極限的糾錯性能。
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4、、映射方案的選取是影響譯碼算法性能的關鍵因素之一。由于采用了聯(lián)合解調的譯碼策略，編碼調制映射分集增益得以充分利用，基于BICM次優(yōu)等效模型下的最優(yōu)映射標識評價準則已不再適用。在Caire的BICM理論體系分析基礎上，本文推導了聯(lián)合解調譯碼BICM系統(tǒng)的信道容量和誤碼漸近性能限，并在此基礎上給出了聯(lián)合解調譯碼BICM系統(tǒng)最優(yōu)映射標識的評價準則。系統(tǒng)仿真結果表明，基于新的映射標識評價準則挑選的映射方案相比其他映射方案能獲得更快更好的譯碼收斂

5、性能。
　　 3、論文研究了適用于高階調制BICM系統(tǒng)的分析工具。從BPSK調制下LDPC碼分析工具的研究中可知，外部信息轉移(Extrinsic Information Transfer， EXIT)圖是目前最廣泛應用的一種復雜度低，描述收斂性能準確的理論分析工具，在二進制迭代譯碼系統(tǒng)分析和LDPC碼字優(yōu)化設計中發(fā)揮了重要的作用。但傳統(tǒng)基于比特的EXIT圖在推廣至高階調制BICM系統(tǒng)下LDPC碼性能分析過程中，由于在信道中傳輸

6、的是調制后的符號序列，其初始置信度分布不再符合近似高斯分布，因此直接利用傳統(tǒng)EXIT圖給出的收斂性能預測與實際系統(tǒng)譯碼性能之間存在較大誤差。同時，傳統(tǒng)的EXIT圖也無法用以分析聯(lián)合解調譯碼的BICM系統(tǒng)收斂性能。針對上述不足，本文提出了一種基于符號級的EXIT圖分析工具，以實現(xiàn)高階調制BICM系統(tǒng)譯碼收斂特性的準確分析，及編碼調制的聯(lián)合優(yōu)化。系統(tǒng)仿真結果表明，符號級EXIT圖所給出的高階調制BICM系統(tǒng)的譯碼收斂分析與實際仿真譯碼結果相

7、符合，是適用于高階調制BICM系統(tǒng)下的準確分析工具。同時，符號級EXIT圖能夠對聯(lián)合解調譯碼BICM系統(tǒng)進行編碼調制的聯(lián)合優(yōu)化，在不需要經過完整通信系統(tǒng)仿真的基礎上，快速有效的獲得最優(yōu)映射方案及最優(yōu)碼字結構的設計方案。
　　 4、論文還對高階調制BICM系統(tǒng)中影響譯碼性能的各個因素進行了研究和總結。并從碼字結構與不同調制映射方式之間匹配的角度出發(fā)，分析和研究了BICM系統(tǒng)中出現(xiàn)多邊調制符號對系統(tǒng)譯碼性能產生的影響。本文首先通過信

8、號映射分集可靠度以及校驗方程有效性這兩方面，對多邊調制符號給迭代譯碼系統(tǒng)帶來的影響進行了分析。然后通過互信息傳遞理論分析了多邊調制符號的出現(xiàn)導致高階調制BICM系統(tǒng)性能惡化的原因。這個影響因素的揭示為進一步提高LDPC編碼BICM系統(tǒng)的譯碼性能找到了新的突破口。
　　 5、針對多邊調制符號對BICM系統(tǒng)的影響，本論文提出了一種以消除多邊調制符號為目的的新型交織算法。與直接對LDPC的碼字結構進行優(yōu)化設計相比，采用提出的交織算法具